土木工程材料实验

土木工程材料实验指导书福建工程学院土木工程系1第1部分土木工程材料实验须知《土木工程材料》是一门土木工程类专业的技术基础课，同时又是一门独立性很强的技能培训课。实验课是本课程很重要的实践环节，通过实验，使学生对具体材料的性状有进一步的了解，巩固与丰富理论知识；熟悉主要土木工程材料的技术要求，并具有对常用土木工程材料进行质量检定的能力；培养学生严谨认真的科学态度，提高分析问题和解决问题的能力。1．1实验方式与基本要求（1）学生实验前必须认真预习教材中有关章节，弄清试验的目的、基本原理，熟悉试验仪器设备和操作要求，写好预习报告。（2）每个实验小组4人组成，在规定时间内由学生独立操作完成，要求在实验的整个过程中要建立严密的科学工作秩序，严格遵守实验操作规程，注意观察实验对象，详细作好实验记录。（3）及时对实验结果进行分析，作好实验报告。1．2考核与报告（1）实验前检查预习报告，未完成预习报告不得参加实验。（2）实验结束后原始测试数据记录交教师检查、签字，无原始数据记录不得离开实验室。（3）填写实验报告书要求字迹清晰，字体端正，不得潦草或随意涂写，如发现抄袭或擅自将原始数据修改，该项实验报告将不给批改，以零分处理。1．3实验内容与要求土木工程材料试验项目很多，指导书中所编的试验在有限的学时内也不可能全部学习。要求学生在教师指导下根据所学内容和专业方向选择完成一个综合设计实验，课内时数为8学时，课外4学时，其余的单项实验可根据需要选择1～2个实验完成，课内时数为2学时。综合设计实验项目：综合设计实验1普通混凝土配合比设计试验（包括原材料性能测试、配合比计算、配合比的试配、调整和确定等）综合设计实验2某道路工程热拌沥青混合料配合比设计试验（包括沥青性能测试、矿料性能测试、配合比设计、混合料性能测试及调整等）单项实验项目：实验1水泥试验实验1.1水泥细度检验实验1.2水泥标准稠度用水量测定实验1.3水泥凝结时间测定实验1.4水泥安定性试验实验1.5水泥胶砂强度试验实验2粗、细集料试验实验2.1砂表观密度、堆积密度的测定、筛分析试验实验2.2石子表观密度、堆积密度的测定、筛分析试验实验3普通混凝土试验实验3.1普通混凝土拌合物和易性试验实验3.2混凝土拌合物表观密度测定实验3.3普通混凝土立方体抗压强度试验实验4砂浆试验实验4.1砂浆稠度试验实验4.2砂浆分层度试验2实验4.3砂浆立方体抗压强度试验实验5砌墙砖抗压强度试验实验6石油沥青试验实验6.1沥青针入度试验实验6.2沥青延度试验实验6.3沥青软化点试验实验7沥青混合料试验实验7.1沥青混合料物理指标测定实验7.2沥青混合料马歇尔稳定度试验第2部分土木工程材料实验指导综合设计实验1普通混凝土配合比设计试验（1）本综合设计实验目的与要求了解普通混凝土配合比设计的全过程，培养综合设计实验能力；熟悉混凝土拌合物的和易性和混凝土强度实验方法。根据提供的工程条件和原材料，结合实验设计出符合工程要求的普通混凝土配合比。（2）工程和原材料条件某工程的预制钢筋混凝土梁(不受风雪影响)，混凝土设计强度等级为C20，要求强度保证率95％。该施工单位无历史统计资料。施工要求坍落度为30～50mm，施工现场混凝土由机械搅拌，机械振捣。原材料：实验室提供的普通水泥；河砂；卵石；自来水。（3）实验步骤①原材料性能实验A.水泥性能实验(细度、凝结时间、安定性、胶砂强度实验)参照实验1进行B.砂性能实验(表观密度测定、堆积密度测定、筛分析实验)参照实验2进行C.石性能实验（表观密度测定、堆积密度测定、筛分析实验）参照实验2进行②计算初步配合比根据给定的工程条件、原材料和实验测得的原材料性能进行初步配合比计算，计算应按JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》的规定进行，所得初步配合比供试配用。③配合比的试配配合比试配中涉及的实验方法参照实验3进行④配合比的调整和确定试配后进行混凝土拌合物和易性评定、调整和混凝土立方体抗压强度试验参照实验3进行。综合设计实验2某道路工程热拌沥青混合料配合比设计试验（1）本综合设计实验目的与要求了解热拌沥青混合料的配合比设计的全过程，培养综合设计实验能力；熟悉沥青与沥青混合料的基本性能试验方法。根据提供的工程条件和原材料，结合实验设计出符合工程要求的配合比。（2）工程和原材料条件道路等级：一级公路；路面类型：两层式沥青混凝土路面上面层；气候条件：属于温和地区；混合料类型：AC-13I。原材料：实验室提供的石油沥青；粗集料；细集料；矿粉。3（3）实验步骤①沥青性能实验测定针入度，延度和软化点，参照实验6进行②矿料的颗粒级配及其配合比计算A．粗集料实验(筛分析实验、表观密度测定)参照实验2进行，注意试验筛的选择。B．细集料实验(筛分析实验、表观密度测定)参照实验2进行，注意试验筛的选择。C．矿粉实验(筛分析实验、表观密度测定)参照实验2进行，注意试验筛的选择。D．矿质混合料的配合比计算根据各组成材料的筛析结果，采用图解法或数解法求出符合要求级配范围的各组成材料用量比例。③马歇尔试验参照实验7进行测定沥青混合料物理—力学指标，根据结果确定OAC④水稳定性检验（浸水马歇尔试验）参照实验7.2⑤抗车辙能力检验（略）实验1水泥实验1．1水泥细度检验本实验根据国家标准《水泥细度检验方法》(GBl345----91)进行。(1)目的与要求水泥细度是水泥的一个重要技术指标，水泥的物理力学性质均与细度有关，因此必须对细度进行检验。水泥细度检验有比表面积法和筛析法。比表面积法适合于硅酸盐水泥，筛析法适合于其他各种水泥。筛析法可分为负压筛法、水筛法和手工干筛法。三种方法均以过筛后遗留在0．080mm方孔筛上的筛余物的重量百分数来表示，并以一次检验测定值作为鉴定结果，鉴定结果发生争议时，以负压筛为准。(2)主要仪器设备①负压筛它由圆形筛框和筛网组成，筛框直径为142mm，高为25mm，方孔边长为0．080mm。②负压筛析仪它由筛座、负压筛、负电源及收尘器组成，其中筛座由转速为30±2r／min的喷气嘴、负压表、控制板、微电机及壳体等构成，负压可调范围为4000-6000Pa，喷气嘴上口平面与筛网之间距离为2～8mm。③天平感量0．05g。④水筛、筛支座、喷头（3）实验步骤负压筛法：①筛析实验前，应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000—6000Pa范围内。②称取水泥试样25g，置于洁净的负压筛中，盖上筛盖，放在筛座上，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间，如有试样附着在筛盖上，可轻轻地敲击，使试样落下。筛毕，用天平称量筛余物(精确至0．1g)。水筛法：①筛析实验前，应检查水中无泥、砂，调整好水压及水筛架的位置，使其能正常运转。喷头底面和筛网之间距离为35-75mm。②称取水泥试样50g，置于洁净的水筛中，立即用淡水冲洗至大部分细粉通过后，放在水筛架上，用水压为0.05±0.02MPa的喷头连续冲洗3min。筛毕，用少量水把用筛余物冲至4蒸发皿中，等水泥颗粒沉淀后，小心倒出清水，烘干并用天平称量筛余物。③按下式计算水泥细度(精确至0．1％)：式中F—水泥试样的筛余百分数，％；R—水泥过筛后筛余物的质量，g；W—水泥试样的质量，g。1．2水泥标准稠度用水量测定(标准法)本实验根据国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB／T1346—2001)进行。(1)目的与要求水泥的凝结时间和体积安定性都与用水量有很大关系，为了消除实验条件的差异而有利于比较，测定凝结时间和体积安定性时必须采用标准稠度的水泥净浆。本实验的目的就是测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量，为测定水泥的凝结时间和体积安定性做好准备。实验方法分代用法和标准法，有矛盾时以标准法为准。(2)主要仪器设备①标准稠度测定仪(标准法维卡仪)维卡仪上附有标准稠度测定用试杆，其有效长度为(50±1)mm，由直径为(10±O．05)mm的圆柱形耐腐蚀金属制成。另有盛装水泥净浆的试模由耐腐蚀并有足够硬度的金属制成。试模为深(40±0．2)mm，顶内径为(65±O．5)mm，底内径为(75±0．5)mm的截顶圆锥体。每只试模底部应配备一个大于试模、厚度大于等于2．5mm的平板玻璃底板。②水泥净浆搅拌机由搅拌叶片、搅拌锅、传动机构和控制系统组成，并应符合以下规定：搅拌锅与搅拌叶片的间隙为(2±1)mm；搅拌程序与时间为低速搅拌120s，停15s，高速搅拌120s。③量水器最小刻度0．1ml，精度1％。④天平能准确称量至lg。(3)实验步骤①检查水泥净浆搅拌机运行是否正常。②测定前检查维卡仪，其金属棒应能自由滑动。试杆接触试模底玻璃板面时指针对准零点。③先用湿布将搅拌锅和搅拌叶片擦过，将拌和水倒人搅拌锅内；然后，在5—10s内小心地将称好的500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出；拌和时，先将锅放在搅拌机的锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停15s，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮人锅中间，接看高速搅拌120s停机。④拌和结束后，立即将拌制好的水泥净浆装入已置于玻璃底板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆；抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直至与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1—2s后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。在试杆停止沉入或释放试杆30s时，记录试杆距底板之间的距离，升起试杆后，立即将其擦净，整个操作应在搅拌后1．5min内完成。⑤以试杆沉人净浆并距底板(6±1)mm的水泥净浆为标准稠度净浆。如下沉深度超出范围，须另称试样，调整水量，重新实验，直至达到(6±1)mm时为止，其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量P，以水泥质量的百分比计，按下式计算：P=W/500×100％5式中P—水泥标准稠度用水量；W-拌和用水量，ml(或g)。1．3水泥凝结时间测定本实验根据国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB／T1346一2001)进行。(1)目的与要求测定水泥的凝结时间，作为判断水泥质量的主要依据。测定时，要求采用标准稠度的水泥净浆进行。(2)主要仪器设备①凝结时间测定仪与标准法测定标准稠度时所用的仪器基本相同，但其试杆换成试针，试模与测定标准稠度用的试模相同。②水泥净浆搅拌机与测定标准稠度时所用相同。③标准养护箱温度为(20±1)℃，相对湿度不低于90％。(3)实验步骤①测定前，将圆模放在玻璃板上，在圆模的内侧涂上一层机油，调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时，指针对准零点。②称取水泥试样500g，以标准稠度用水量加水，用水泥净浆搅拌机搅拌水泥净浆，方法同前，记录加水的时间作为凝结时间的起始时间。拌和结束后，立即将净浆一次装满圆试模中，振动数次后刮平，立即放人养护箱中。③试体在养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定。④测定时，从养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝1—2s后，突然放松，试针垂直自由地沉入水泥净浆，观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数。⑤当试针沉至距底板(4±1)mm时，为水泥达到初凝状态，由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥初凝时间，用“min”表示。⑥完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180度，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入养护箱中继续养护，临近终凝时间时每隔15min测定一次，当试针沉入试体0．5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时,为水泥达到终凝状态，由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用“min”表示。⑦测定时应注意：在最初测定的操作时，应轻轻扶持金属柱，使其徐徐下降，以防试针撞弯，但结果以自由下落为准。在整个测试过程中，试针沉入的位置至少要距试模内壁10mm。临近初凝时，每隔5min测定一次；临近终凝时，每隔15min测定一次；到达初凝或终凝时，应立即重复测一次；当两次结论相同时，才能定为到达初凝或终凝状态。每次测定不能让试针落入原针孔，每次测定完毕须将试针擦净并将试模放回养护